tư vấn lựa chọn và sử dụng hợp lý các loại polyme

Vật liệu polymer với các ưu điểm như độ bền riêng cao, tính dẻo cao, tính ổnđịnh hoá học cao trong nhiều môi trường cùng với khả năng dễ tạo hình và giacông, giá thành rẻ đã làm cho phạm

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

KHOA HÓA HỌC -@&? -

TIỂU LUẬNKHÓA K35 (2011 - 2015)

ĐỀ TÀI:

TƯ VẤN LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ CÁC

LOẠI POLYME

Giảng viên ThS.ĐỖ DIÊN

Sinh viên thực hiện:

ĐỖ THỊ TỊCH

Huế, tháng 12/2014

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 PHÂN TỬ POLYME 3

1.1 Khái niệm 3

1.2 Phân loại 3

CHƯƠNG 2 TÍNH CHẤT 5

2.1 Tính chất vật lý 5

2.2 Tính chất hóa học 5

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA POLYME 7

3.1 Chất dẻo 7

3.2 Tơ 13

3.3 Cao su 15

3.4 Sơn, Keo dán 17

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 19

LỜI MỞ ĐẦU

Suốt quá trình lịch sử phát triển của xã hội loài Người từ hoang dã đến vănminh hiện đại chỉ chiếm một thời gian vô cùng ngắn ngủi so với toàn bộ lịch sử pháttriển của tự nhiên Nhưng với đôi tay khéo léo và óc thông minh phát triển vô tậnnên xã hội loài người tiến triển rất nhanh với tốc độ ngày càng lớn Sự ham muốnkhám phá, tìm hiểu và nghiên cứu thế giới xung quanh đã giúp cho loài Người cónhững thành tựu vượt bậc mà không một loài nào trong tự nhiên có thể làm được

Ngày nay cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kĩ thuật nói chung, khoahọc và công nghệ vật liệu cũng đang trên đà chiếm lĩnh đỉnh cao của trí tuệ loàingười Những thành tựu của khoa học và công nghệ vật liệu đã làm thay đổi về cơbản cấu trúc Trong những vật liệu đang sử dụng, vật liệu polymer có nguồn gốc tựnhiên đã được loài người biết đến từ nhiều thế kỉ Đặc biệt trong thể kỉ 21 với sựtiến bộ của khoa học kĩ thuật với sự ra đời của polymer tổng hơp vật liệu polymerngày càng đa dạng và phong phú hơn có những tính năng ưu việt có thể thay thế cácvật liệu truyền thống như betong, thép, gỗ

Vật liệu polymer với các ưu điểm như độ bền riêng cao, tính dẻo cao, tính ổnđịnh hoá học cao trong nhiều môi trường cùng với khả năng dễ tạo hình và giacông, giá thành rẻ đã làm cho phạm vi sử dụng của polymer ngày càng rộng rãi Vớikhả năng ứng dụng trong hầu hết các ngành phục vụ dời sống như: công nghệ cao

su, chất dẻo, tơ sợi, thực phẩm, xây dựng, cơ khí, điện-điện tử, hàng không, dượcliệu, màu sắc và lĩnh vực quốc phòng như: tên lửa, tàu du hành vũ tru, máy bay siêuâm…

Chính vì lẽ đó, trong bài tiểu luận này em xin đề cập về cấu trúc vật liệupolyme, qua đó ta có thể nghiên cứu và ứng dụng nó tốt hơn trong thực tế

CHƯƠNG 1 PHÂN TỬ POLYME.

1.1 Khái niệm

Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ (gọi làmắt xích) liên kết với nhau

Ví dụ: Thí dụ: Polietilen (−CH2−CH2−)n do các mắt xích −CH2−CH2− liênkết với nhau; Nilon −6(−NH[CH2]5CO−)n do các mắt xích −NH[CH2]5CO tạonên, n được gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa; Polime thường là hỗn hợpcủa các phân tử có hệ số polime hóa khác nhau, vì vậy đôi khi người ta còn dùngkhái niệm hệ số polime hóa trung bình; n càng lớn, phân tử khối lượng polime càngcao Các phân tử tạo nên từng mắt xích của polime (ví dụ: CH2=CH2) được gọi làmonome

1.2 Phân loại

1.2.1 Phân loại theo nguồn gốc

Thiên nhiên Nhân tạo Tổng hợp

Vd: Tơ axetat, tơ visco,…

- Do con người tổng hợpnên

Vd: Polyetylen, Polyvinylclorua,…

1.2.2 Phân loại theo mạch.

- Số mạch nhánh và tỉ số giữa chiều dài mạch chính và mạch nhánh có thểthay đổi trong một giới hạn rộng, có ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của polyme.

 Polyme mạch lưới

- Giữa những mạch chính được liên kết với nhau bằng những mạch rất ngắn,

nó giống như những chiếc “cầu nối” giữa các mạch chính lại với nhau

- Có cấu trúc không gian 2 chiều phẳng hoặc cấu trúc không gian 3 chiều

CHƯƠNG 2 TÍNH CHẤT.

2.1 Tính chất vật lý

Hầu hết các Polyme là những chất rắn không bay hơi, không có nhiệt độnóng chảy xác định mà nóng chảy ở nhiệt độ khá rộng Đa số Polyme khi nóng chảycho chất lỏng nhớt, để nguội sẽ rắn lại chúng được gọi là chất nhiệt dẻo Một sốpolyme không nóng chảy mà bị phân hủy khi đun nóng, gọi là chất nhiệt rắn Đa sốpolyme không tan trong các dung môi thông thường, một số tan được trong dungmôi thích hợp tạo ra dung dịch nhớt, Ví dụ: cao su tan trong benzene, toluen,… Một

số khác có tính đàn hồi (cao su), số khác nữa có thể kéo thành sợi dai bền ( nilon-6,nilon 6-6,…) Có polyme trong suốt mà không giòn: poly metyl metacrylat, nhiềupolymer có tính cách điện: polyetylen, polyvinylclorua,… Hoặc có tính bán dẫn:polyaxetilen, polythiophen,…

2.2 Tính chất hóa học.

Polyme có thể tham gia phản ứng giữ nguyên mạch, phân cắt mạch và khâu mạch

2.2.1 Phản ứng giữ nguyên mạch Polyme.

Các nhóm thay thế đính vào mạch polymer có thể tham gia phản ứng màkhông làm thay đổi mạch polyme

Ví dụ: Polyvinylaxetat vị thủy phân cho polyvinylclorua

Những polyme có liên kết đôi trong mạch có thể tham giá phản ứng cộng vàoliên kết đôi mà không làm thay đổi mạch polime Ví dụ: cao su tác dụngvới HCl cho cao su hidroclo hóa:

2.2.2 Phản ứng phân cắt mạch polyme

Tinh bột, xenlulozơ, protein, nilon, bị thủy phân cắt mạch trong môi trườngaxit, polistiren bị nhiệt phân cho stiren, cao su thiên nhiên bị nhiệt phân choisopren,

Ví dụ:

(−NH[CH2]5CO−)n + nH2O → nH2N[CH2]5COOHPolime trùng hợp bị nhiệt phân hay quang phân thành các đoạn nhỏ và cuốicùng là monome ban đầu, gọi là phản ứng giải trùng hợp hay depolyme hóa

2.2.3 Phản ứng khâu mạch polyme.

Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hóa Ở cao sulưu hóa, các mạch polime được nối với nhau bởi các cầu −S−S− Khi đun nóngnhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởicác nhóm −CH2−:

Polime khâu mạch có cấu trúc mạng không gian do đó trở nên khó nóngchảy, khó tan và bền hơn so với polime chưa khâu mạch

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA POLYME.

3.1 Chất dẻo.

3.1.1 Khái niệm.

- Chất dẻo là những vật liệu polyme có tính dẻo

- Tính dẻo là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoiaf

và vẫn giữ nguyên được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng

- Có một số chất dẻo chỉ chứa polime song đa số chất dẻo có chứa thànhphần khác ngoài polime bao gồm chất độn (như muội than, cao lanh, mùn cưa, bộtamiăng, sợi thủy tinh…làm tăng một số tính năng cần thiết của chất dẻo và hạ giáthành sản phẩm) và chất dẻo hóa (làm tăng tính dẻo và dễ gia công hơn)

Poli(metyl metacrylat) là chất dẻo cứng, trong suốt, không vỡ…nên được gọi làthủy tinh hữu cơ Dùng để chế tạo kính máy bay, ô tô, kính bảo hiểm, dùng làmrăng giả…

trí ortho hoặc para)

- Nhựa nhiệt dẻo, dễ nóng chảy, tan trong một số dung môi hữu cơ, dùng đểsản xuất vecni, sơn…

Nhựa rezit (nhựa bakelit):

- Đun nóng nhựa rezol ở 150oC được nhựa rezit (hay nhựa bakelit) có cấutrúc mạng lưới không gian

- Không nóng chảy, không tan trong nhiều dung môi hữu cơ, dùng sản xuất

• Có thể nhuộm thành các màu sắc bất kì, và giữ được màu sắt lâu;

• Có thể gia công thành những hình dạng phong phú;

• Nguồn nguyên liệu là vô tận, và rẻ;

Nhược điểm

- Đa số chât dẻo có tính bền nhiệt không cao, có độ cứng không lớn, bị giàhóa theo thời gian;

- Khi đốt cháy gây ô nhiễm môi trường;

- Do sử dụng các chât hóa dẻo chất độn để làm tăng thêm một số đặc tính chochất dẻo gây ảnh hưởn tới người tiêu dùng;

Vì vậy, ta nên hạn chế sử dụng các bao bì nilon, hộp nhựa khi đựng thựcphẩm còn nóng;

Cách phân biệt đồ nhựa an toàn, tránh mang bệnh ung thư:

Đồ dùng bằng nhựa kém chất lượng thường chứa chất độc BPA, đây lànhững chất có thể gây ra một số bệnh nguy hiểm như: vô sinh, béo phì, ung thư,…

Thay vì chỉ nhìn vào hình dáng, màu sắc, hãy đọc các thông số trên nhãnmác sản phẩm, chọn đồ không chất BPA để đảm bảo sức khỏe của bạn

Chú ý dưới đáy các chai nhựa, biểu tượng “Recyle” có các số từ 1-7 biểu thịdấu hiệu phân loại nhựa PETE, HDPE, V, PP,… cho biết loại nào ít độc, dễ tái chế,một số khác thì không.

Loại nhựa có số 1 này khá an toàn, tuy nhiên chỉ nên sử dụng một lần vì mùi

vị và vi khuẩn dễ bám lại bề mặt xốp của loại đồ này (chai coca, nước khoáng…)

Khi chọn mua bình sữa trẻ em, chai đựng nước… chú ý chọn loại có biểu

Đặc biệt nhựa PVC (số 3) chứa phthalates (cản trở sự phát triển của hormone

và khả năng sinh sản), không an toàn khi gặp nhiệt độ cao, nước nóng… Vì thế bạnnên hạn chế việc dùng đồ nhựa này đựng đồ ăn, sữa, nước uống hoặc cho vào lò visóng rã đông thực phẩm Nhựa PVC là một loại nhựa có tính độc, không thể dùngsản xuất túi hay hộp đựng

Bên cạnh việc “soi” kỹ nhãn mác đồ nhựa, bạn có thể dựa vào một số dấuhiệu khác để lựa chọn đồ dùng an toàn Nhựa dẻo, có màu sắc sặc sỡ thường phủcác lớp phẩm màu có khả năng gây hại hẹ tiêu hóa

Nên chọn đồ nhựa trong bóng và có độ cứng cao Một mẹo nhỏ, bạn có thểsoi đồ dưới ánh nắng, nếu vẫn có thể nhìn qua thì đó là nhựa hữu cơ không tốt chosức khỏe, bạn nên tránh xa các đồ có mùi nhựa, khi dùng sản phẩm này các độc tốpolyme mạch thơm sẽ hòa tan vào thức ăn dạng nước.

Đối với nhựa có sử dụng chất độn sẽ không có độ bóng, bề mặt dễ trầy xước,

bị nhám, có các hạt nhỏ li ti khi chạm vào bề mặt

Một dấu hiệu khác dễ nhận biết độc tính của nhựa, là có thể cho vào lửa, nếu

có tính độc sẽ dễ cháy hơn loại nhựa không có, khi cháy nhựa độc có mùi khét lạbốc khói

Trọng lượng nhựa có tính độc thường lớn hơn, thả vào nước dễ chìm xuốngcòn loại không độc thì nhẹ và nổi trong nước

Đối với các loại nhựa dùng lâu, có vết trầy xước, phai màu, thường tích tụ vikhuẩn, gây bệnh đường ruột nên cần vệ sinh sạch sẽ đồ dùng hoặc thay mới

Thói quen tái sử dụng đồ nhựa dùng một lần (cốc bát) hoàn toàn có hại, khi

sử dụng ở nhiệt độ khác nhau đồ nhựa sẽ sản sinh độc tố

Để đảm bảo an toàn, bạn nên mua đồ nhựa ở những đơn vị sản xuất, cungcấp có uy tín, đồng thời bỏ những thói quen không tốt khi sử dụng vật này

3.2.3 Một số loại tơ tổng hợp thường gặp

a) Tơ poliamit (có nhiều nhóm amit –CO–NH–)

b) Tơ polieste (có nhiều nhóm este)

c) Tơ vinylic (có nhiều nhóm polivinyl)

3.2.4 Ứng dụng.

• Tơ clorin: dùng để dệt thảm, vải dùng trong y học, kĩ thuật,

• Tơ poliamit: dùng để dệt vải, làm lưới đánh cá, làm chỉ khâu,

• Tơ polieste: dùng trong may mặc như áo mặc ấm ,áo quần mùa hè, dây neotàu ,

- Vải đi từ polieste rất bền, đẹp, không bị nhàu.

Sợi thiên nhiên thích hợp cho mùa hè hơn các loại vải sợi tổng hợp, các loạisợi thiên nhiên có tính thoáng khí và hút ẩm cao, có khả năng hút mồ hôi nhanh,làm giảm nhiệt lượng ngoài da Mặc trang phục với loại vải này, bạn sẽ luôn có cảmgiác mát mẻ

\

3.3 Cao su

3.3.1 Khái niệm

- Cao su là vật liệu polime có tính đàn hồi

- Tính đàn hồi là tính biến dạng khi chịu lực tác dụng bên ngoài và trở lạidạng ban đầu khi lực đó thôi tác dụng

- Có hai loại cao su: cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp

3.3.2 Cao su thiên nhiên

a) Cấu trúc:

- Công thức cấu tạo: n = 1500 – 15000

- Tất cả các mắt xích isopren đều có cấu hình cis như sau:

b) Tính chất và ứng dụng:

- Cao su thiên nhiên lấy từ mủ cây cao su, đàn hồi tốt (nhờ cấu trúc cis điềuhòa), không dẫn nhiệt và điện, không thấm khí và nước, không tan trong nước,etanol…nhưng tan trong xăng và benzen

- Cao su thiên nhiên cho phản ứng cộng H2, Cl2, HCl,… đặc biệt là cộng lưuhuỳnh tạo cao su lưu hoá có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong dungmôi hơn cao su không lưu hóa

3.3.3 Cao su tổng hợp

a) Cao su buna, cao su buna –S và cao su buna –N :

- Cao su buna có tính đàn hồi và độ bền kém cao su thiên nhiên Khi dùngbuta-1,3-đien ở 10oC, polime sinh ra chứa 77% đơn vị trans-1,4 và 7% đơn vị cis-1,4 (còn lại là sản phẩm trùng hợp 1,2) Còn ở 100oC sinh ra polime chứa 56% đơn

vị trans-1,4 và 25% đơn vị cis-1,4 (còn lại là sản phẩm trùng hợp 1,2)

Cao su buna – S

- Cao su buna –S có tính đàn hồi cao

Cao su buna –N

- Ngoài ra người ta còn sản xuất policloropren và polifloropren Các polimenày đều có đặc tính đàn hồi nên được gọi là cao su cloropren và cao su floropren.Chúng bền với dầu mỡ hơn cao su isopren

a) Theo bản chất hóa hoc:

- Keo vô cơ (thủy tinh lỏng)

- Keo hữu cơ (hồ tinh bột, keo epoxi)

- Polime làm keo có chứa hai nhóm epoxi ở hai đầu

- Chất đóng rắn thường là các triamin như H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2

b) Keo dán ure – fomanđehit

Poli(ure – fomanđehit)

3.4.4 Một số loại keo dán tự nhiên

a) Nhựa vá săm: là dung dịch dạng keo của cao su thiên nhiên trong dungmôi hữu cơ như toluen…

b) Keo hồ tinh bột: là dung dịch hồ tinh bột trong nước nóng, dùng làm keodán giấy

3.4.5 Ưu và nhược điểm.

a) Ưu điểm

- Độ bám dính tốt, giá thành rẻ, dễ sử dụng

b) Nhược điểm

- Kém bền nước

sử dụng chúng.